Java 集合框架：Vector、Stack 的介绍、使用、原理与源码解析

Java集合框架是一个功能强大的工具，它为开发者提供了多种数据结构和算法，以便更好地管理和操作数据。本文将讨论Java集合框架中的Vector和Stack类，包括它们的介绍、使用、原理以及源码解析。

一、Vector类

Vector是一个动态数组，允许在运行时扩展其容量。与数组相比，Vector可以更方便地添加、删除元素。Vector是线程安全的，意味着多个线程可以同时访问它而不会导致数据不一致。它的实现基于一个可增长的数组，在默认情况下，增加元素时，Vector会在当前容量的基础上增加50%。

使用示例

import java.util.Vector;

public class VectorExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个Vector
        Vector<String> vector = new Vector<>();

        // 添加元素
        vector.add("元素1");
        vector.add("元素2");
        vector.add("元素3");

        // 输出元素
        System.out.println("Vector中的元素: " + vector);

        // 删除元素
        vector.remove("元素2");
        System.out.println("删除元素后: " + vector);

        // 访问元素
        String firstElement = vector.get(0);
        System.out.println("第一个元素: " + firstElement);

        // 获取长度
        System.out.println("Vector的大小: " + vector.size());
    }
}

原理与源码解析

在Vector内部，数据是存储在一个数组中，它使用Object[]作为底层存储结构。Vector维护了一个整型变量elementCount表示当前的元素数量。每当需要扩展数组时，Vector会创建一个新的数组，将旧数组的数据复制到新数组中。

class Vector<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable {
    protected Object[] elementData; // 存储元素的数组
    protected int elementCount; // 当前元素数量
    // 其他变量和方法...
}

二、Stack类

Stack类是继承自Vector的，它实现了一个后进先出（LIFO）的数据结构。在Stack中，最后放入的元素最先被取出。常用的方法包括push()（压入元素）、pop()（弹出元素）和peek()（查看栈顶元素）。

使用示例

import java.util.Stack;

public class StackExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个Stack
        Stack<String> stack = new Stack<>();

        // 压入元素
        stack.push("元素1");
        stack.push("元素2");
        stack.push("元素3");

        // 输出栈的内容
        System.out.println("Stack中的元素: " + stack);

        // 弹出元素
        String topElement = stack.pop();
        System.out.println("弹出的元素: " + topElement);
        System.out.println("弹出元素后: " + stack);

        // 查看栈顶元素
        String peekElement = stack.peek();
        System.out.println("栈顶元素: " + peekElement);
    }
}

原理与源码解析

Stack类实际上并没有增加新的数据结构，因为它的实现依赖于Vector。在Stack类中，主要利用Vector的push()、pop()和peek()方法来实现栈的基本操作。

class Stack<E> extends Vector<E> {
    public E push(E item) {
        addElement(item);
        return item;
    }

    public synchronized E pop() {
        // 实现弹出操作
        // ...
    }

    public synchronized E peek() {
        // 实现查看栈顶元素
        // ...
    }
}

总结

Vector和Stack都是Java集合框架中重要的类，适合用于对元素的动态操作和需要线程安全的场景。尽管它们在设计上提供了便利，但在现代Java开发中，由于它们的同步开销，使用ArrayList和Deque（例如ArrayDeque）更为常见。在选择数据结构时，应根据具体需求进行合理的取舍。